高强钢与典型管系材料B10和TA2之间的电偶腐蚀及其电绝缘

高强钢与典型管系材料高强钢与典型管系材料B10B10和和TA2TA2之间的电偶腐蚀及其电绝之间的电偶腐蚀及其电绝 缘缘 高强 钢与典型管系材料 和 之间的电偶腐蚀及其电绝缘潘大 伟 闫永贵 高心心 刘峰 李相波 中国船 舶重工集团公司第七二五研究所青岛分部 海洋腐蚀与防护重点实 验室 青岛 青岛科技大学机电工程学院 青岛 摘 要采用电偶腐蚀试验研究了某高强钢与铜镍合金 和工业 纯钛 在面积比为 条件下的电偶腐蚀倾向以及腐蚀 程度 通过改变两电偶对材料间串联绝缘电阻值 研究绝缘电阻对 电偶腐蚀的影响规律 结果表明高强钢与典型管系材料 和 在海水中具有较强 的电偶腐蚀倾向 偶接后高强钢作为阳极 腐蚀加剧 试验条件下 两电偶对材料间绝缘电阻高于 时 可有效控制电偶腐蚀 的发生 关键词管系材料 电偶腐蚀 钛合金 铜镍合金 电绝缘 文献标志码 管系材料广泛应用于船舶 滨海电厂 海上油气田 目前我国的海 水管路逐渐以耐蚀性更好的铜镍合金 和工业纯钛 替代传统的管系材料 在使用过程中 管系 材料不可避免会与其他电位相差较大的金属接触 发生电偶腐蚀 造成电位较负的金属加速腐蚀 目前的研究多集中于 基金项目海洋腐蚀与防 护国防科技重点实验室基金项目 通信作 者闫永贵 高级工程师 博士 从事海洋腐蚀与防 护研究工作 各种管系材料之间的电偶腐蚀 如工业纯钛和铜镍合金 之间 和 之间以及各种管系材料之间 但 对于高强钢与 和 在海水中的电偶腐蚀研究还不多见 此外 采用绝缘法兰 垫片以及涂层等 防腐蚀 绝缘 方法时 需要了解两种异金属之间串联绝缘电阻的大小 以降低 电偶腐蚀造成的影响 因此 本工作对高强钢与两种管系材料 和 在海水 中的电偶腐蚀进行研究 这一方面可在设计时避免管系材料在布局构架中发生严重电偶腐蚀 另一方面可为采用电绝缘方法控制高强钢的腐蚀提供依据 第 卷第 期 年 月腐蚀与防护 试验试验用材料的化学成分见表 试验前材料车削加工成尺寸为 的试 样 无水乙醇超声清洗烘干 试验后按照国标 清洗烘干 电子天平称量 精确到 由失重法计算自然腐蚀速率和电偶腐蚀速率 分别将 和高强钢试样置于静态海水中浸泡 每隔 测定试样的自腐蚀电位即开路电位 表 试验材料的化学成分 材料 高强钢 余量 余量 余量 动电位极化曲线测试采用德国 产 电化学测试仪 辅助电极为铂电极 参比电极为饱和甘 汞电极 极化范围为 相对于自腐蚀电位 扫描 速率为 试样工作面积为 浸泡时间 电位稳定 振幅小于 后开始测量 电偶腐蚀试验和电绝缘控制试验按照 标准所示电偶腐蚀试验方法进行 选取高强钢与异金属面积比为 的电偶对 由多通道电偶腐蚀仪测定偶合电位和偶合电流 电绝缘控制试验时 试样间分别串联 的电阻 如图 所示 图 电绝缘控制试验示意图 试验介质为青岛海域海水 试验温度为室温 参比电极为 饱和甘汞电极 开路电位测量周期为 自然腐蚀 电偶腐蚀和电绝缘控制 试验的试验周期均为 结果与讨论 开路电位由图 可见 试样在静态海水中的开路电位迅速正 移 后 由 上升到 左右 之后正移速率变缓 后稳定在 左右 钛与一般材料不同 它在许多介质中呈钝态 钛和氧有很大的亲和 力 与任何含氧介质接触时 其表面立即会形成一种致密的惰性氧 化膜 这种氧化膜十分稳定 如果产生机械损伤 只要存在一定量的氧 又会立即形成新的惰性氧化膜 图 和高强钢的开路电位随时间变化曲线 试样浸入海水中开路电位迅速正移 大约 后稳定在 左右 在海水中 表面迅速生成氧化膜 随浸泡时间延长而逐渐致 密完整并相对稳定 氧化膜降低了材料表面阴 阳极反应的传质速 率和电荷转移速率 高强钢在海水中的开路电位迅速负移至约 表面开始 出现蚀坑 之后缓慢正移之后负移 约 后稳定在约 由图 可见 材料在静态海水中的开路电位由大到小依次为 高强钢 可推断高强钢与 试样在静态海 水中分别组成电偶对时 高强钢作为阳极腐蚀加剧 和 试样作为阴极被保护 极化曲线由图 和表 可见 高强钢的开路电位最负 约 且阳极极化率较低 表明其在海水中腐蚀的阻滞很小 腐 蚀速率较高 试样的开路电位约 与高强钢的 电位约相差 阳极钝化区明显 自腐蚀电流密度最小 约 维钝电流密度也很小 表明 试样 表面容易生成一层稳定性 黏附性都非常好的氧化层 可能是 极大地提高了 试样的耐蚀性 潘大伟 等高强钢与典型管系材料 和 之间的电 偶腐蚀及其电绝缘图 高强钢 和 在海水中的极化曲线 表 三种材料在海水中的自腐蚀电流密度及腐蚀速率 材料腐蚀速率 自腐蚀电 流密度 高强钢 故 试样在海水中的腐蚀速率是三种材料中最低的 试样的阳极极化曲线的维钝区较小 需要更高的电位才能 钝化 维钝电流也明显大于 试样的 试样的自腐蚀电 流密度是 试样的 多倍 即 试样和高强钢电偶腐蚀 可能有着较大的偶合倾向和偶合电流 电偶腐蚀及电绝缘控制由图 可见 高强钢与 试样的电偶电 流低于高强钢与 试样的 这是由于 试样表面钝化膜的 稳定性低于 试样表面钝化膜的 这使得电偶腐蚀加剧 在海水中 试样表面钝化膜一边溶解 一边修复 最后趋于 稳定 表 为偶合材料在海水中浸泡 后的平均自腐蚀电流密度 采用 不同金属电偶电流测定方法 对图 高强钢与管系材料偶合的电流密度随时间变化曲线 表 高强钢电偶腐蚀电流测试结果 偶合材料腐蚀电流密度 电偶腐蚀 敏感性等级高强钢 高强钢 其电偶腐蚀敏感性进行评级 随着浸泡时间的延长 高强钢 的偶合电流密度增加缓慢 这是因为偶合初期 表面逐渐产生钝化膜 提高了两金属之间 的电位差 使得偶合电流增大 随着浸泡时间的延长 高强钢 的偶合电流密度逐渐降低 浸泡时间为 时的偶合电流密度已降至约 之 后缓慢下降至约 这是因为 受到较强的阴极极化作用 有活化趋势 电位负移 偶合电流下降 另外 通过比较平均腐蚀电流密度和自腐蚀电流密度可以看出 高 强钢在与 偶合时向 提供的保护电流非常接近 自 腐蚀电流 而高强钢在与 偶合时向 提供的电流稍稍高 于 的自腐蚀电流 表 是高强钢分别与 和 偶合时的腐蚀失重结果 由表 可见高强钢与 偶合时的电偶腐蚀速率大于高强钢与 偶合时的电偶腐蚀速率 即与 偶合的高强钢腐蚀更严重 高强钢 的电偶效应为 而高强钢 的电 偶效应为 表 高强钢电偶腐蚀失重结果 偶合对平均总腐蚀速率 平均电偶腐蚀 速率 电偶效应高强钢 高强钢 高强钢与异种金属在直接偶合情况下 会发生严重的电偶 腐蚀 等级或者 等级 为此需要了解高强钢与异种金属间存 在多大的电阻绝缘才能忽略电偶腐蚀造成的影响 高强钢与 在 电阻串联下的电绝缘控 制情况见图 随着绝缘电阻的增大 偶合电流密度逐渐降低 在 电绝缘条件下 两金属偶合电流密度降为 以 下 敏感等级降为 级 由图 可见 在 电绝缘条件下 高强钢 电偶腐蚀的敏感降为 级 电绝缘和 潘大伟 等高强钢与典型管系材料 和 之间的电偶腐蚀及其电绝缘图 高强钢与 在不同电阻偶合下腐蚀电流密度随时间变化曲线 图 与 偶合高强钢的总腐蚀速率和电流密度随电绝缘阻值变化关 系 电绝缘的效果差别不大 另外 在 电绝缘条件下 高强钢与 偶合的总腐蚀速 率为 与 电绝缘条件下的几乎一致 与 高强钢 的自腐蚀速率也相差很小 这表明 电绝缘基本近似绝缘 由图 可见 高强钢在直接偶合或者 电绝缘偶合下 电流密度约为 偶合电阻达到 时 偶合电流明显减小 电流密度降至 电偶腐蚀敏 感性变为 级 的绝缘使得电偶腐蚀敏感性降至 级 随着偶合阻值的升高 总腐蚀速率逐渐下降 绝缘阻值大于 后 开始下降缓慢 至 时 总腐蚀速率降为 而电偶腐蚀速率降为 此时电偶电流很 小 同时 的总腐蚀速率跟高强钢 的自腐蚀速率十分接近 电偶腐蚀部分可以忽略 说明在与高强 钢偶合过程中 对于高强钢的加速腐蚀更为明显 需要更大 的电阻 来实现绝缘效果 图 与 偶合高强钢的总腐蚀速率和电流密度随电绝缘阻值的变化 关系 结论 高强钢与 均有着较大的电位差 电位差 大于 自腐蚀电位和极化曲线的监测表明 高强钢与 这两种管系材料有着明显的电偶腐蚀倾向 不能在实际使用中直接 接触 另外 在海水中的稳定性高于 的 高强钢 的电偶腐蚀电流密度为 大约是高强钢 偶合电流密度的 倍 随着偶合绝缘电阻的增大 电偶腐蚀程度逐渐减弱 与高强钢的偶合 情况下敏感性就可以达到 级 近似绝 缘 而 在与高强钢偶合时 电绝缘情况下敏感性才 能达到 级 近似绝缘 参考文献 孙保库 海水管系材料电偶腐蚀及电绝缘控制技术研究 青 岛中国海洋大学 张海丽 工业纯钛在海水管系中的应用研究 南京南 京航空航天大学 曹楚南 腐蚀电化学原理 北京化学工业出版社 陈兴伟 吴建华 王佳 等 电偶腐蚀影响因素研究进展 腐蚀科学与防护技术 张海丽 工业纯钛与铜镍合金的电偶腐蚀及电绝缘控制 腐 蚀与防护 孙保库 杜敏 李相波 等 铜镍合金 和黄铜 在海水 中的电偶腐蚀及电绝缘研究 装备环境工程 下转第 页 潘大伟 等高 强钢与典型管系材料 和 之间的电偶腐蚀及其电绝缘参 考文献 顾帅帅 钟庆东 蒋继波 等 不锈钢在 标准下的耐蚀性 腐蚀与防护 张晶莹 奥氏体不锈钢晶间腐蚀的研究及防护 装备 制造技术 张春雷 陈亚庆 焊接接头晶间腐蚀性能的电 化学动电位再活化法评价 广东电力 王敏 电阻焊在汽车工业中的应用 电焊机 齐秀滨 刘娟 周军 等 摩擦焊在我国石油钻杆制造中的应用 电焊机 王树保 张海宽 冷雪松 等 双钨极氩弧焊工艺及焊缝成形机理 分析 焊接学报 樊兆宝 梁养民 时效不锈钢舱体的电子束焊与电阻点焊 电焊机 闫晓锋 真空电子束焊在我国航空机载设备上的应用及发展趋势 航空制造技术 钟玉 屈金山 陈文静 等 钛合金的电子束焊 热 加工工艺 张秉刚 吴林 冯吉才 国内外电子束焊接技术研究现状 焊接 蔡晖 贾建民 王亮 国产超 超 临界锅炉构件常见问题及原因 分析 华电技术 张春雷 某电厂 钢管晶间腐蚀开裂原因分析 热力发电 方可伟 刘飞华 李岩 法在评价 不锈钢晶间腐蚀 敏感性中的应用 腐蚀与防护 金维松 郎宇平 荣凡 等 法评价奥氏体不锈钢晶间腐蚀 敏感性的研究 中国腐蚀与防护学报 陈睿 刘静 庞于忠 不锈钢晶间腐蚀实验 研究 河南冶金 罗宏 龚敏 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀 腐蚀科学与防护技 术 王凤平 康万利 敬和民 等 腐蚀电化学原理 方法及应用 北京化学工业出版社 欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂欂 欂欂欂